(57)【要約】【課題】環境汚染の惧れがないうえ、高圧ガス容器用弁のＪＩＳ規格などに適合した安全作動性能を備え、しかも作動温度よりも低温ではガス逃し路を確実に封止できるようにする。【解決手段】高圧ガス容器(４)の内部空間(4a)と外部空間とを連通するガス逃し路(13)と、このガス逃し路(13)を開放可能に封止する閉鎖体(17)とを設ける。設定作動温度よりも低温では、上記の閉鎖体(17)を固相状態の低融点合金(16)により封止姿勢に保持する。設定作動温度以上に昇温すると上記の低融点合金(16)を溶融流動させ、閉鎖体(17)を開放姿勢に移動させて上記のガス逃し路(13)を開放する。上記の低融点合金(16)を、インジウム(Ｉｎ)３２〜３４％とビスマス(Ｂｉ)６６〜６８％との混合物１００重量部に、ガリウム(Ｇａ)を０.１〜０.４重量部を混合する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ガス容器(４)に付設され、この高圧ガス容器(４)の内部空間(4a)と外部空間とを連通するガス逃し路(13)と、このガス逃し路(13)を開放可能に封止する閉鎖体(17)とを有し、
上記の閉鎖体(17)は、設定作動温度よりも低温では固相状態の低融点合金(16)により上記のガス逃し路(13)を封止する封止姿勢に保持され、設定作動温度以上に昇温すると上記の低融点合金(16)の溶融流動により開放姿勢に移動して上記のガス逃し路(13)を開放する高圧ガス容器用安全弁であって、
上記の低融点合金(16)が、インジウム(Ｉｎ)３２〜３４％とビスマス(Ｂｉ)６６〜６８％との混合物１００重量部に、ガリウム(Ｇａ)０.１〜０.４重量部を混合したことを特徴とする、高圧ガス容器用安全弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車燃料用圧縮天然ガスなどを収容する高圧ガス容器に付設される安全弁に関し、さらに詳しくは、環境汚染の惧れがないうえ、高圧ガス容器用弁のＪＩＳ規格などに適合した安全作動性能を備え、しかも作動温度よりも低温ではガス逃し路を確実に封止できる高圧ガス容器用安全弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば天然ガスを燃料とする自動車は、燃料の天然ガスを高圧（例えば、２０ＭPa）で充填したガスボンベ(高圧ガス容器)を塔載している。この高圧ガス容器は所定の耐圧性能を備えているが、事故時の火災等で昇温すると貯蔵ガス圧が過剰に上昇する惧れがあり、このとき容器が破裂しないように、所定の作動温度や作動圧力以上になるとガス容器内のガスを外部へ逃がすように作動する、高圧ガス容器用安全弁を備えている。
【０００３】
上記の所定温度以上に昇温すると作動する高圧ガス容器用安全弁としては、高圧ガス容器の内部空間と外部空間とを連通するガス逃し路と、このガス逃し路を開放可能に封止する閉鎖体を有し、上記の閉鎖体を、設定作動温度よりも低温では固相状態となっている低融点合金により上記のガス逃し路を封止する封止姿勢に保持するものがある。
上記の低融点合金は、作動温度以上に昇温すると溶融流動するので、上記の閉鎖体を封止姿勢に保持できなくなる。これにより、閉鎖体は開放姿勢に移動して上記のガス逃し路が開放され、上記の高圧ガス容器内の高圧ガスが外部空間へ排出されて、高圧ガス容器の破裂が防止される。なお、上記の閉鎖体は、この閉鎖体自体が低融点合金で構成される場合と、別の低融点合金で支持されたピストン状の部材で構成される場合とがある。
【０００４】
上記の低融点合金は、作動温度以上に達すると速やかに溶融・流動して閉鎖体を開放姿勢に移動させ、ガス逃し路を開放する必要がある。しかし一方で、作動温度に達するまでは、この低融点合金は固相状態を保持するだけでなく、高圧下で流動変形する、いわゆるクリープを生じて上記の閉鎖体を開放姿勢に移動させることがあってはならない。
【０００５】
従来、上記の高圧ガス容器用安全弁としては、例えばビスマス(Ｂｉ)５４％、スズ(Ｓｎ)２６％、カドミウム(Ｃｄ)２０％を含有する低融点合金を用いたものがある(以下、従来技術１という)。
この従来技術１では、低融点合金の結晶温度が１０２〜１０３℃であり、１０６℃程度で作動することができるので、この作動温度よりも低温では上記の閉鎖体を封止姿勢に保持でき、しかもこの作動温度以上に達すると低融点合金が溶融流動して閉鎖体を開放姿勢に移動させ、ガス逃し路を確実に開放できる利点がある。しかしながら、この従来技術１では、カドミウムを上記の低融点合金に含んでいるため、安全作動時や廃棄処分時に環境を汚染する惧れがあった。
【０００６】
そこで本発明者は、カドミウムを含まない低融点合金を用いた、高圧ガス容器用安全弁を先に提案した(特許文献１参照、以下従来技術２という。)。
この従来技術２では、インジウム(Ｉｎ)３２〜３４％とビスマス(Ｂｉ)６６〜６８％とを含有する低融点合金を用いており、カドミウムを使用していないので、安全作動時や廃棄処分時に環境を汚染する惧れがない利点がある。
【０００７】
しかしながら、この従来技術２で用いる低融点合金は結晶温度が１０９℃であり、安全弁の構造によっては、作動温度が例えば１１３℃程度となる場合があった。一方、ＪＩＳ規格では、圧縮ガスを収容する高圧ガス容器(ＪＩＳ  Ｂ  ８２４６)や溶解アセチレン容器(ＪＩＳ  Ｂ  ８２４４)の安全作動温度としては、１０５℃±５℃が規定されている。このため、この従来技術２では、これらのＪＩＳ規格に適合しない場合がある問題があった。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２４７７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記の問題点を解消し、環境汚染の惧れがないうえ、高圧ガス容器用弁のＪＩＳ規格などに適合した安全作動性能を備え、しかも作動温度よりも低温ではガス逃し路を確実に封止できる高圧ガス容器用安全弁を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するため、例えば本発明の実施の形態を示す図１から図４に基づいて説明すると、高圧ガス容器用安全弁を次のように構成したものである。
即ち、高圧ガス容器(４)に付設され、この高圧ガス容器(４)の内部空間(4a)と外部空間とを連通するガス逃し路(13)と、このガス逃し路(13)を開放可能に封止する閉鎖体(17)とを有し、上記の閉鎖体(17)は、設定作動温度よりも低温では固相状態の低融点合金(16)により上記のガス逃し路(13)を封止する封止姿勢に保持され、設定作動温度以上に昇温すると上記の低融点合金(16)の溶融流動により開放姿勢に移動して上記のガス逃し路(13)を開放する高圧ガス容器用安全弁であって、上記の低融点合金(16)が、インジウム(Ｉｎ)３２〜３４％とビスマス(Ｂｉ)６６〜６８％との混合物１００重量部に、ガリウム(Ｇａ)０.１〜０.４重量部を混合したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に用いる低融点合金はカドミウムや鉛などの金属を含まないので、安全作動時や廃棄処理時に低融点合金が排出されても、環境を汚染する惧れがない。しかも、この低融点合金は、高圧ガス容器用弁のＪＩＳ規格などに適合した１０５℃±５℃の範囲で安全作動することができ、また、その作動温度よりも低温ではクリープ変形が少なく、ガス逃し路を確実に封止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示す、高圧ガス容器用安全弁を備えたガスボンベ用バルブ装置の一部破断立面図である。
【００１３】
図１に示すように、このバルブ装置(１)は、ハウジング(２)の脚ネジ部(３)が高圧ガス容器であるガスボンベ(４)の首部(５)に螺着固定される。上記のハウジング(２)には、ガス入口(６)と入口路(７)と開閉弁(８)と出口路(９)とガス出口(10)とを順に設けてある。なお、符号(11)は過流防止弁を示す。
【００１４】
図１において、上記のハウジング(２)の右側の側面には安全弁(12)が付設してある。この安全弁(12)はガス逃し路(13)と、合金収容部(14)と、ガス排出路(15)とを備えている。上記のガス逃し路(13)は、前記の入口路(７)を介してガスボンベ(４)の内部空間(4a)に連通してあり、上記のガス排出路(15)を介してガスボンベ(４)の外部空間に連通してある。
上記の合金収容部(14)には低融点合金(16)が充填され、この低融点合金(16)により上記のガス逃し路(13)を封止する閉鎖体(17)が構成されている。なお、上記のガス逃し路(13)は、上記の入口路(７)を経ずに直接ガスボンベ(４)の内部空間(4a)へ連通させてあってもよい。
【００１５】
上記の閉鎖体(17)を構成する低融点合金(16)は、インジウム(Ｉｎ)３２〜３４％とビスマス(Ｂｉ)６６〜６８％との混合物１００重量部に、ガリウム(Ｇａ)を０.１〜０.４重量部混合してある。この低融点合金(16)は、作動温度が１０５℃±５℃の範囲に収まっており、作動温度よりも低温の所定温度(例えば９４.５℃)では固相状態である。従ってこの低融点合金(16)からなる上記の閉鎖体(17)は、上記の作動温度よりも低温では上記のガス逃し路(13)を封止する封止姿勢に確実に保持されている。
【００１６】
火災発生時など、上記のガスボンベ(４)が加熱されて上記の作動温度以上に昇温すると上記の低融点合金(16)が溶融する。このため、この低融点合金(16)からなる上記の閉鎖体(17)はガスボンベ(４)内の圧縮ガスに押圧されて流動し、上記のガス排出路(15)から押し出される。これにより上記のガス逃し路(13)が開放されて、ガスボンベ(４)内の圧縮ガスがこのガス逃し路(13)から上記のガス排出路(15)を経て外部へ排出され、ガスボンベ(４)の破裂が防止される。
【００１７】
上記の第１実施形態では閉鎖体を低融点合金で形成したが、本発明に用いる閉鎖体は、低融点合金とは別に形成してもよい。
即ち、図２に示す第２実施形態では、高圧ガス容器用安全弁(12)は、図示しない高圧ガス容器に付設したバルブ装置に装着されており、ガス逃し路(13)と、このガス逃し路(13)を開放可能に封止する閉鎖体(17)と、ガス排出路(15)と、合金収容部(14)と、この合金収容部(14)に収容された低融点合金(16)と、合金排出路(18)とを備えている。
【００１８】
上記のガス逃し路(13)は、前記の第１実施形態と同様、図示しない高圧ガス容器の内部空間に連通してある。上記の閉鎖体(17)はピストン状に形成され、図２に示すように、上記の低融点合金により上記のガス逃し路(13)を封止する封止姿勢に保持されており、押圧バネ(19)により開放方向(図２における左方向)へ弾圧されている。
【００１９】
上記の低融点合金(16)は、設定作動温度よりも低温では固相状態にあり、上記の閉鎖体(17)を封止姿勢に保持しているが、設定作動温度に昇温すると溶融して上記の合金排出路(18)から排出される。これにより上記の閉鎖体(17)が開放方向へ移動し、ガス逃し路(13)が開放されて、高圧ガス容器内のガスがこのガス逃し路(13)から上記のガス排出路(15)を経て外部へ排出され、高圧ガス容器の破裂が防止される。
【００２０】
上記の各実施形態では、いずれも低融点合金により所定の作動温度で安全作動する安全弁について説明したが、本発明の安全弁は、所定の作動圧力で破断する破裂板をさらに備えたものであってもよい。
即ち、図３に示す第３実施形態は、前記の第１実施形態と同様、ガス逃し路(13)と合金収容部(14)とガス排出路(15)とを備えており、上記の合金収容部(14)に低融点合金(16)が充填されているが、第１実施形態とは異なって、上記のガス逃し路(13)には、この合金収容部(14)の上流側位置に破裂板(20)を装着してある。そして、この破裂板(20)と上記の低融点合金(16)とで、上記のガス逃し路(13)を封止する閉鎖体(17)を構成してある。
【００２１】
上記の安全弁(12)は、所定の作動温度以上に昇温すると上記の低融点合金(16)が流動可能となり、この昇温でガス逃し路(13)内のガス圧が所定の作動圧以上に上昇すると、上記の破裂板(20)が破断する。これにより、その破断した破裂板(20)から流出するガス圧力で上記の溶融・流動化した低融点合金(16)がガス排出路(15)から排出され、高圧ガス容器内のガスがガス逃し路(13)から上記のガス排出路(15)を経て外部へ排出されて、高圧ガス容器の破裂が防止される。
【００２２】
この第３実施形態では、ガス逃し路(13)の圧力が安全作動圧以下では上記の破裂板に受け止められるので、正常時には上記の低融点合金(16)がガス逃し路(13)内のガス圧を直接受けることがない。このため、作動温度以下で低融点合金(16)の一部が排出路から排出される、いわゆるクリープ現象の発生が、効果的に防止される。
【実施例】
【００２３】
次に、上記の低融点合金の具体的な実施例と、その安全作動温度について説明する。
インジウム(Ｉｎ)３３％と、ビスマス(Ｂｉ)６７％との混合物１００重量部に、ガリウム(Ｇａ)を、実施例１では０.１重量部、実施例２では０.２重量部、実施例３では０.３重量部、実施例４では０.４重量部を、それぞれ混合して低融点合金を調製し、上記の第２実施形態の安全弁(12)の合金収容部(14)に充填して、上記のピストン状の閉鎖体(17)を支持させた。また、これらの実施例と比較するため、上記のインジウムとビスマスの混合物に、比較例１では０.５重量部、比較例２では３重量部を混合して、上記の各実施例と同様に低融点合金を調整し、合金収容部に充填して閉鎖体を支持させた。
【００２４】
上記の各安全弁の安全作動試験を実施した測定結果を図４の対比表に示す。
この図４の対比表から明らかなように、実施例１〜４では作動温度が１０５℃±５℃の範囲に収まっており、それぞれ作動温度に達すると溶融して上記の合金排出路(18)から速やかに排出され、これにより上記の閉鎖体(17)が開放方向に移動し、ガス逃し路(13)が円滑に開放された。
【００２５】
また、クリープ特性を調べるため、３２.５ＭPaの圧力下で設定作動温度よりも低い９４.５℃に加熱したところ、いずれも５００時間経過した後も低融点合金(16)は変形が僅かであり、上記の合金排出路(18)の外部へ押し出されることがなく、上記のガス逃し路(13)を閉鎖体(17)で封止状態に維持することができた。
これに対し、比較例１や比較例２では、作動温度が低く、１００℃以下で作動してガス逃し路(13)を開放する場合があった。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明に用いる低融点合金は、カドミウムなど環境を汚損する惧れのある金属を用いておらず、しかも本発明の高圧ガス容器用安全弁は、安全作動する温度が１０５±５℃の範囲内にあるので、高圧ガス容器用弁などのＪＩＳ規格に適合した安全作動性能を備えており、圧縮天然ガス自動車用燃料ガスの高圧ガス容器に特に好適であるが、汎用のガスボンベなど、他の高圧ガス容器にも適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態を示す、高圧ガス容器用安全弁を備えたガスボンベ用バルブ装置の一部破断立面図である。
【図２】第２実施形態を示す、安全弁の縦断面図である。
【図３】第３実施形態を示す、安全弁の縦断面図である。
【図４】各実施例と比較例の、安全作動試験の結果を示す対比表である。
【符号の説明】
【００２８】
４…高圧ガス容器(ガスボンベ)
4a…内部空間
12…安全弁
13…ガス逃し路
16…低融点合金
17…閉鎖体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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